南水北調(diào)中線典型輸水建筑物表面降糙防護(hù)探析

李立群，陳曉楠，陳文學(xué)

（1.中國(guó)南水北調(diào)集團(tuán)中線有限公司，北京 100038；2.中國(guó)水利水電科學(xué)研究院，北京 100038）

0 引言

南水北調(diào)工程是緩解我國(guó)北方水資源短缺的戰(zhàn)略性基礎(chǔ)設(shè)施，事關(guān)戰(zhàn)略全局，事關(guān)長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展，事關(guān)人民福祉。工程規(guī)劃東、中、西三條線路，其中，東、中兩線已分別于2013 年11 月和2014 年12 月全線通水運(yùn)行，西線工程尚在研究論證中。南水北調(diào)中線工程自丹江口水庫(kù)引水，向河南、河北、北京、天津四省市供水，全長(zhǎng)1 432 km，以明渠為主，基本靠重力自流輸水，目前已經(jīng)安全、平穩(wěn)、持續(xù)運(yùn)行7 個(gè)供水年度。截至2021 年11 月初，累計(jì)向北方調(diào)水超過(guò)430 億m3，直接受益人口超過(guò)7 900 萬(wàn)人，優(yōu)化了受水區(qū)供水格局，改善了城市用水水質(zhì)，提高了沿線受水區(qū)的供水保證率，發(fā)揮出巨大的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)綜合效益。

中線工程經(jīng)歷了多次汛期、冰期等輸水工況檢驗(yàn)，并于2020 年首次實(shí)現(xiàn)了渠首以設(shè)計(jì)最大流量420 m3/s 輸水運(yùn)行，全面檢驗(yàn)了中線工程質(zhì)量和輸水能力。中線工程圓滿(mǎn)完成各項(xiàng)輸水任務(wù)，工程運(yùn)行整體良好，但隨著運(yùn)行時(shí)間的增長(zhǎng)，受凍融變化、混凝土的碳化、泥沙淤積等不利因素的影響，輸水建筑物過(guò)流表面的不平整度逐漸增加，可能對(duì)輸水系統(tǒng)的過(guò)流能力產(chǎn)生一定的風(fēng)險(xiǎn)。運(yùn)行中也發(fā)現(xiàn)在一些渡槽槽身混凝土也出現(xiàn)了凍融剝蝕，以及少量菌藻和淡水殼菜附著等現(xiàn)象。為增強(qiáng)建筑物混凝土抵抗侵蝕破壞能力，并在一定程度上降低糙率、提升過(guò)流能力，開(kāi)展通過(guò)在建筑物表面噴涂減阻降糙材料研究有較大的實(shí)際意義，以期用相對(duì)較少投入實(shí)現(xiàn)工程防護(hù)和過(guò)流優(yōu)化的目的。

目前，國(guó)外常見(jiàn)的大規(guī)模的應(yīng)用是將對(duì)減阻降糙材料用于油氣管道內(nèi)壁噴涂，減少管道阻力和提高介質(zhì)的流動(dòng)性，例如，世界上最長(zhǎng)的海底管道Zeepipe，以及著名的Alliance 等管道都采取這種處理方式［1，2］。國(guó)外減阻涂料產(chǎn)品荷蘭式瑪FLOWCOAT03、德國(guó)Permecor337、英國(guó)伊伍德公司的EP2306HF 與COPON 等。我國(guó)經(jīng)過(guò)約三十年研究發(fā)展，也取得了很大進(jìn)展，中石油的AW-01涂料及中科院金屬所SLF-21涂料已經(jīng)獲得工業(yè)的應(yīng)用［3-6］。近年來(lái)，各種類(lèi)似功能的材料出現(xiàn)不少并在工程上應(yīng)用，如SK 聚脲材料屬于聚氨酯中的一種特殊材料，具有良好的防滲效果，并可起到降低表面糙率作用，已在水利水電工程廣泛應(yīng)用［7，8］。甘肅省引大入秦工程、寧夏紅寺堡揚(yáng)水工程等采用SCL 防滲膜作為渡槽內(nèi)襯，投資小、施工簡(jiǎn)便，在一定程度上起到降糙增流效果［9-11］。

水化硅酸鈣C-S-H 凝膠是水泥硬化漿體中最復(fù)雜的納米結(jié)構(gòu)體系，其結(jié)構(gòu)和性質(zhì)決定著水泥硬化漿體的微結(jié)構(gòu)特性，進(jìn)而決定混凝土宏觀強(qiáng)度和耐久性［12］。新型材料納米膠是鈉硝酸鹽和鉀硝酸鹽為主要成分的高性能防水、保護(hù)膠體溶液，其主要成分會(huì)與混凝土中的氫氧化鈣反應(yīng)生成水化硅酸鈣凝膠，填補(bǔ)混凝土中的縫隙，形成致密層，從而增強(qiáng)混凝土表面強(qiáng)度，同時(shí)能夠使混凝土表面更加致密光滑，抑制菌藻、殼菜成長(zhǎng)，降低糙率。因此，本文選擇中線工程典型渡槽作為試點(diǎn)，探討通過(guò)噴涂一種無(wú)毒無(wú)害且穩(wěn)定性高的納米材料，降低混凝土表面粗糙度，并通過(guò)試驗(yàn)前后流態(tài)對(duì)比和水力學(xué)計(jì)算，檢驗(yàn)其對(duì)改善渡槽輸水流態(tài)，降低渡槽輸水糙率，提升過(guò)流能力的效果。

1 試點(diǎn)渡槽降糙測(cè)試方案

1.1 渡槽概況

選取河北境內(nèi)放水河渡槽作為試點(diǎn)，開(kāi)展降糙試驗(yàn)研究。放水河渡槽位于河北省唐縣東北南放水村附近，為三槽一聯(lián)預(yù)應(yīng)力矩形渡槽，設(shè)計(jì)流量135 m3/s，加大流量160 m3/s，進(jìn)口設(shè)計(jì)水位69.44 m、加大水位69.99 m，出口設(shè)計(jì)水位69.30 m、加大水位69.83 m，設(shè)計(jì)流量下分配水頭0.14 m、加大流量下分配水頭0.16 m。渡槽進(jìn)口設(shè)有40 m 長(zhǎng)的漸變段和20 m 長(zhǎng)的節(jié)制閘段；出口設(shè)有10 m 長(zhǎng)的檢修閘段和40 m 長(zhǎng)的出口漸變段，詳見(jiàn)圖1。

圖1 放水河渡槽進(jìn)出口布置Fig.1 Inlet and outlet layout of Fangshuihe Aqueduct

放水河渡槽上游為唐河倒虹吸節(jié)制閘，距離放水河節(jié)制閘25.7 km，閘前設(shè)計(jì)水位70.49 m、加大水位70.97 m。放水河節(jié)制閘下游為蒲陽(yáng)河倒虹吸節(jié)制閘，距離放水河節(jié)制閘13.2 km，閘前設(shè)計(jì)水位68.64 m、加大水位69.23 m。試驗(yàn)過(guò)程中，放水河渡槽進(jìn)行試驗(yàn)的槽身對(duì)應(yīng)的節(jié)制閘門(mén)全部開(kāi)啟，通過(guò)調(diào)節(jié)唐河節(jié)制閘和蒲陽(yáng)河節(jié)制閘的開(kāi)度，控制放水河渡槽的流量和水位。

1.2 材料介紹

本次降糙減阻試驗(yàn)材料選擇納米膠。該材料是鈉硝酸鹽和鉀硝酸鹽為主要成分的高性能防水、保護(hù)膠體溶液，納米膠中的主要成分會(huì)與混凝土中的氫氧化鈣反應(yīng)生成水化硅酸鈣凝膠，填補(bǔ)混凝土中的縫隙，形成致密層，從而增強(qiáng)混凝土表面強(qiáng)度，保護(hù)混凝土堿性環(huán)境，并阻滯水、鹽、酸堿、二氧化碳和微生物等劣化因子的侵入。涂刷納米膠之后的混凝土即使在干燥后，一旦被供給水分，納米膠會(huì)繼續(xù)和氫氧化鈣發(fā)生反應(yīng)，因此，對(duì)于新產(chǎn)生的裂縫具有持續(xù)自修復(fù)能力。納米膠涂料產(chǎn)品主要特點(diǎn)如下：

（1）環(huán)保防污染。無(wú)色無(wú)味無(wú)毒，無(wú)有機(jī)揮發(fā)成分，無(wú)重金屬成分，防污防塵，抑制藻類(lèi)生長(zhǎng)。

（2）防止混凝土表面開(kāi)裂。表面張力很小，具有極強(qiáng)的浸透性，可滲透進(jìn)入混凝土表層40 mm 以上，與氫氧化鈣生成水化硅酸鈣凝膠，封堵混凝土中的微小裂隙。

（3）防水滲透。對(duì)混凝土表層進(jìn)行改性，提高了表層結(jié)構(gòu)的致密性，降低混凝土表層的空隙率，從而達(dá)到抑制表面透水、吸水的效果。

（4）防凍融破壞。具有抑制混凝土表層透水、吸水的效果，可有效防止凍融破壞。

（5）防碳化。混凝土涂刷納米膠后，表層結(jié)構(gòu)致密化，可有效阻止二氧化碳和水分從外向混凝土內(nèi)部滲透，避免鋼筋的銹蝕。

（6）防鹽害。通過(guò)提高混凝土表層結(jié)構(gòu)的致密性，可有效抑制氯離子和水份的浸透，從而減緩鋼筋的銹蝕。

由于納米膠的上述特性，該材料目前已較多應(yīng)用于水工建筑物、水處理結(jié)構(gòu)物、高速公路混凝土表面、高鐵橋面、機(jī)場(chǎng)跑道、混凝土隧洞、輸水渠道等。

1.3 調(diào)度方案

選擇放水河渡槽1 號(hào)、2 號(hào)孔進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，其中1 號(hào)孔槽身進(jìn)行清理并涂納米膠，2號(hào)孔槽身清理不涂納米膠，通過(guò)分析1 號(hào)、2 號(hào)孔處理前后過(guò)流能力變化，及1 號(hào)、2 號(hào)孔之間過(guò)流能力的差異，以評(píng)估噴涂納米膠對(duì)渡槽降糙及輸水能力的影響。

放水河渡槽槽身段較短，僅240 m，設(shè)計(jì)水深4.5 m，渡槽水頭損失較小，糙率的率定比較敏感，微小的水力測(cè)量誤差可能產(chǎn)生較大的糙率率定誤差，為提高渠道糙率率定精度，減小糙率率定的不確定度，考慮增加渡槽的輸水流量。放水河渡槽減糙試驗(yàn)期間，放水河渡槽的輸水流量為105 m3/s 左右。水力學(xué)觀測(cè)期間，采用2 孔過(guò)流，單孔的輸水流量約為52.5 m3/s，與加大流量工況接近。此外，當(dāng)采用2孔非對(duì)稱(chēng)過(guò)流時(shí)，為了保證渡槽的輸水安全，渡槽內(nèi)的水深通?？刂圃?.5 m 左右，較設(shè)計(jì)水深降低了1.0 m。因此，試驗(yàn)期間，渡槽內(nèi)的水流流速大于加大水深情況下的水流流速，渡槽內(nèi)的水頭損失也將大于加大工況下的水頭損失。非對(duì)稱(chēng)過(guò)流運(yùn)行，可以提高糙率的測(cè)量精度。試驗(yàn)期間，放水河渡槽的調(diào)度方案如下：

（1）試驗(yàn)開(kāi)始前，以下游蒲陽(yáng)河節(jié)制閘閘前水位為控制指標(biāo)，逐步將蒲陽(yáng)河節(jié)制閘的閘前水位降低至68.11 m 左右，此時(shí)放水河渡槽水深可降低至3.5 m 以下，2 孔槽身的過(guò)流能力為105 m3/s左右。

（2）關(guān)閉放水河2 號(hào)節(jié)制閘，1 號(hào)、3 號(hào)節(jié)制閘全開(kāi)，維持上游唐河節(jié)制閘和下游蒲陽(yáng)河節(jié)制閘輸水流量不變。測(cè)量1號(hào)孔上、下游水位，1 號(hào)孔的輸水流量大小，及渡槽進(jìn)出口的水流流態(tài)。

（3）關(guān)閉放水河1 號(hào)節(jié)制閘，2 號(hào)、3 號(hào)節(jié)制閘全開(kāi)。該渠段輸水流量趨于穩(wěn)定時(shí)，測(cè)量2號(hào)孔進(jìn)出口水深和單孔輸水流量。清理1號(hào)槽過(guò)流表面，并在過(guò)流表面上噴涂納米膠。

（4）關(guān)閉放水河2 號(hào)節(jié)制閘，1 號(hào)、3 號(hào)節(jié)制閘全開(kāi)。測(cè)量1號(hào)槽身上下游水位及輸水流量。清理2號(hào)槽身。

（5）關(guān)閉放水河1 號(hào)節(jié)制閘，2 號(hào)、3 號(hào)節(jié)制閘全開(kāi)。測(cè)量2號(hào)槽身進(jìn)出口水位及輸水流量。

（6）試驗(yàn)測(cè)量結(jié)束后，逐步開(kāi)啟1 號(hào)節(jié)制閘，減小2 號(hào)、3 號(hào)節(jié)制閘開(kāi)度，調(diào)整放水河節(jié)制閘進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)。

整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格控制水位降幅不超過(guò)0.15 m/h，以及0.30 m/d。

1.4 觀測(cè)方案

為了計(jì)算過(guò)流表面的糙率，需要測(cè)量的物理量包括：斷面尺寸、水深、斷面間距、底坡和流量。放水河渡槽設(shè)計(jì)流量占用水頭只有0.14 m，為準(zhǔn)確評(píng)估渡槽的糙率，試驗(yàn)過(guò)程中盡量保持輸水流量不變和水流平穩(wěn)，并盡可能提高流量和水深的測(cè)量精度。

放水河渡槽進(jìn)口設(shè)置有40 m長(zhǎng)的漸變段，受直線收縮的影響，水流在漸變段內(nèi)逐漸收縮，匯交后產(chǎn)生折沖水流，槽身進(jìn)口段水流出現(xiàn)不同程度的波動(dòng)，波動(dòng)幅度隨著輸水流量的增加而增加。隨著渡槽輸水流量的增加，渡槽的水頭損失增加，糙率測(cè)量的不確定度減小；但是，渡槽內(nèi)水流波動(dòng)幅度增加，水深和流量測(cè)量的不確定度隨之增加。為了減小糙率測(cè)量的不確定度，將上下游測(cè)量斷面布置在水流相對(duì)平順的位置。

（1）斷面布置。上游測(cè)量斷面：進(jìn)口節(jié)制閘下游約25 m處。布置高精度雷達(dá)式水位計(jì)一臺(tái)。下游測(cè)量斷面：出口檢修閘上游約15 m處。布置高精度雷達(dá)式水位計(jì)一臺(tái)、電磁流速儀一臺(tái)（下游斷面水流相對(duì)平順，可作為流量監(jiān)測(cè)斷面）。

（2）流量測(cè)量方法。流量的測(cè)量方法較多，如量水堰槽法、平均流速法、流速面積法等。綜合考慮各種方法的適用條件及渡槽實(shí)際運(yùn)行工況，本次研究中選用電磁流速儀測(cè)量斷面流速分布，利用流速面積法計(jì)算渡槽的輸水流量。

（3）流速測(cè)點(diǎn)分布。垂線分布：規(guī)范規(guī)定，水面寬5～20 m時(shí)，垂直測(cè)線間距為1.0～2.5 m。布置6 條垂直測(cè)線，測(cè)線間距為1.0 m。垂線上測(cè)點(diǎn)分布：規(guī)范規(guī)定，當(dāng)水深超過(guò)3.0 m時(shí)，應(yīng)采用五點(diǎn)法測(cè)量，即測(cè)點(diǎn)分別布置在相對(duì)水深0、0.2、0.6、0.8 和1.0處（水深為3.5 m時(shí)，分別是0、0.7、2.1、2.8和3.5 m）

2 糙率計(jì)算方法

對(duì)于恒定非均勻流，可利用能量方程和沿程摩阻損失公式進(jìn)行推算，能量方程如下：

式中：z1、z2為上下游斷面水位，m；v1、v2為上下游斷面流速，m/s；α1、α2為上下游斷面動(dòng)能修正系數(shù)；hf、hf分別為沿程水頭損失和局部水頭損失；g為重力加速度。

一般α1、α2取1，試驗(yàn)渠段選擇順直部分忽略局部水頭損失，渠道底坡較緩情況下，以下游斷面底部位作為水平基準(zhǔn)線，將能量方程轉(zhuǎn)化為：

式中：y1、y2為上下游斷面水深，m；s0為底坡；L為上下斷面之間距離，m。

沿程摩阻損失，可用下式計(jì)算：

式中：Q為流量，m3/s；n為渠段的平均糙率。

式中：A1，A2為上下游斷面面積，m2；R1，R2為上下游斷面水力半徑，m。

糙率按下式計(jì)算：

3 試點(diǎn)渡槽糙率觀測(cè)結(jié)果

3.1 斷面平均流速計(jì)算

斷面平均流速準(zhǔn)確計(jì)算對(duì)測(cè)量結(jié)果關(guān)鍵，若采用簡(jiǎn)單加權(quán)平均，則計(jì)算結(jié)果可能偏大。為了分析斷面流速分布的不均勻性，研究中采用FLOW3D 模擬了放水河渡槽中的水流運(yùn)動(dòng)。模擬區(qū)域總長(zhǎng)為250 m，包括槽身及兩端漸變段，計(jì)算網(wǎng)格采用非均勻網(wǎng)格剖分，并使用了網(wǎng)格嵌套技術(shù)，即在自由表面和邊壁附近加密網(wǎng)格，以提高自由表面的分辨精度。最大網(wǎng)格尺寸為10 cm，最小網(wǎng)格尺寸為5 cm，總活動(dòng)網(wǎng)格數(shù)據(jù)最大500 萬(wàn)。數(shù)值模擬的初始條件如下：進(jìn)口水深3.5 m，進(jìn)口流速按均勻分布為2.0 m/s。數(shù)值模擬分析表明，槽身邊壁附近水流紊動(dòng)強(qiáng)度較高，水流流速較小，渡槽中心部位流速相對(duì)較高，參見(jiàn)圖2；不同垂線上，流速呈指數(shù)分布，見(jiàn)圖3。因此，當(dāng)用6 條垂線的流速計(jì)算斷面平均流速時(shí)，不同垂線上應(yīng)取不同的權(quán)重。經(jīng)分析表明，當(dāng)垂線Y=1 m和Y=6 m的權(quán)重取3，Y=2 m和Y=5 m的權(quán)重取2，Y=3 m和Y=4 m的權(quán)重取1時(shí)，計(jì)算結(jié)果與實(shí)際斷面平均流速吻合較好。根據(jù)上面的分析，本研究中斷面流速分布的計(jì)算公式如下：

圖2 渡槽典型斷面上紊動(dòng)能分布和流速分布Fig.2 Turbulent kinetic energy distribution and velocity distribution on typical section of Aqueduct

圖3 不同垂線上流速分布Fig.3 Velocity distribution on different vertical lines

3.2 糙率結(jié)果分析

本次試驗(yàn)共進(jìn)行了4 次水力學(xué)原型觀測(cè)，1 號(hào)槽、2 號(hào)槽清理（噴涂納米膠）前后上下游斷面水深、斷面平均流速、過(guò)流流量和計(jì)算糙率見(jiàn)表1。從表1 中可見(jiàn)，1 號(hào)槽清理前的糙率是0.013 0，清理并噴涂納米膠后的糙率為0.010 5，噴涂納米膠后，過(guò)流表面的糙率降低了19.2%。2 號(hào)槽清理前的糙率是0.013 2，清理后的糙率為0.012 0，過(guò)流表面清理后，糙率減小了9.18%。1 號(hào)、2 號(hào)槽身橫向比較，1 號(hào)槽清理并噴涂納米膠后，糙率為0.010 5，2 號(hào)槽清理后的糙率為0.012 0，噴涂納米膠后，過(guò)流表面的糙率減小了12.79%。

表1 放水河渡槽清理前后水力參數(shù)變化情況Tab.1 Changes of hydraulic parameters before and after aqueduct cleaning

根據(jù)測(cè)試分析如下：放水河渡槽水力學(xué)原型觀測(cè)表明，納米膠具有較好的降糙效果。與2 號(hào)槽身相比，噴涂納米膠后，1號(hào)槽身的過(guò)流表面糙率減小12.79%。當(dāng)渡槽水深取設(shè)計(jì)水深4.5 m時(shí)，按照均勻流公式計(jì)算，1號(hào)槽的過(guò)流能力較2號(hào)槽增加14%左右。

1 號(hào)槽噴涂納米膠后，1 號(hào)、3 號(hào)槽身過(guò)流，2 號(hào)槽進(jìn)口節(jié)制閘關(guān)閉時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)觀察表明，1 號(hào)槽的出流流速明顯大于3 號(hào)槽的出流流速，參見(jiàn)圖4。表面流速觀測(cè)顯示，1號(hào)槽身中，漂流瓶從入口到出口的運(yùn)行時(shí)間是1 分43.31 s；3 號(hào)槽身中，漂流瓶從入口到出口的運(yùn)行時(shí)間是1 分54.42 s。當(dāng)進(jìn)出口距離取240 m時(shí)，1 號(hào)、3 號(hào)槽的表面流速分別約為2.32 和2.10 m/s，1 號(hào)槽的表面流速較3號(hào)槽的表面流速增加了約9.7%。

圖4 1號(hào)、3號(hào)槽過(guò)流時(shí)的水流流態(tài)Fig.4 Flow pattern of 1#，3#trough during overflow

利用測(cè)量結(jié)果，可以得到糙率的絕對(duì)誤差和相對(duì)誤差。計(jì)算結(jié)果表明：4種測(cè)量工況下，糙率計(jì)算的絕對(duì)誤差在0.000 43～0.000 51 范圍內(nèi)變化，糙率的相對(duì)誤差為3.33%～4.57%，表明測(cè)量結(jié)果是可信的；對(duì)于本試驗(yàn)研究而言，為了減小測(cè)量誤差，渡槽的輸水流量接近各槽身的加大流量值，因渡槽中的水深只有3.5 m，小于設(shè)計(jì)水深4.5 m 和加大水深5.048 m（漸變段進(jìn)口），水流流速大于加大流量情況下的水流流速，因此，影響糙率率定的關(guān)鍵物理量是上、下游水深和底坡，提高水深和底坡的測(cè)量精度，可進(jìn)一步減小糙率的測(cè)量誤差。

從試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，渡槽經(jīng)過(guò)涂刷納米膠材料后，表面可以變得更光滑，在一定程度上起到了降低建筑物表面糙率，提升過(guò)流。但需要注意的是，整個(gè)總干渠的綜合糙率影響因素眾多，成因復(fù)雜，例如建筑物的流態(tài)、布局、橋梁、彎道等，因此僅僅通過(guò)增加表面光滑程度對(duì)整個(gè)輸水能力提升效果需深入分析和研究，此外涂刷材料后建筑物邊壁對(duì)防制藻類(lèi)、殼菜、淤泥等附著效果還需要后續(xù)進(jìn)行較長(zhǎng)時(shí)間觀察對(duì)比。

根據(jù)試驗(yàn)的結(jié)果，對(duì)納米膠降糙機(jī)理進(jìn)行初步分析和探索：水化硅酸鈣（C-S-H）凝膠是水泥硬化漿體中最復(fù)雜的納米結(jié)構(gòu)體系，其結(jié)構(gòu)和性質(zhì)決定著水泥硬化漿體的微觀結(jié)構(gòu)特征，進(jìn)而決定混凝土宏觀強(qiáng)度和耐久性。納米膠中的主要成分與混凝土中的氫氧化鈣反應(yīng)生成水化硅酸鈣凝膠，可填補(bǔ)和修復(fù)混凝土中的微小裂隙，增加混凝土表面的致密性，減小混凝土表面的當(dāng)量粗糙度。納米膠的混凝土表面修復(fù)功能是其降糙的原因之一。此外，納米膠增強(qiáng)了混凝土表面的致密性，因此使得混凝土表面具有一定的防水滲透功能，混凝土表面固體粒子界面上可能會(huì)由于吸附作用而形成水膜層。由于水膜的存在，流動(dòng)水體與固體表面的接觸減小，從而降低阻力。

4 結(jié)論

通過(guò)在南水北調(diào)中線工程建筑物表面涂刷納米膠進(jìn)行減阻降糙，以放水河渡槽為典型試驗(yàn)對(duì)象，建立了測(cè)試調(diào)度方案，提出了水力學(xué)原型觀測(cè)中流速和水面高程的測(cè)量方法，分析了4 次測(cè)量工況下放水河渡槽的糙率值，并計(jì)算了糙率的絕對(duì)誤差和相對(duì)誤差，主要結(jié)論如下。

（1）糙率的絕對(duì)誤差為0.000 43～0.000 51，相對(duì)誤差為3.33%～4.57%，表明測(cè)量方法是合理的，糙率的計(jì)算結(jié)果是可信的。研究表明，提高上下游斷面水深和渡槽 底坡的測(cè)量精度，可進(jìn)一步減小糙率的計(jì)算誤差。

（2）1號(hào)槽身清理之前的糙率為0.013 0，清理并噴涂納米膠后的糙率為0.010 5，糙率減小了19.2%；2 號(hào)槽身清理之前的糙率為0.013 2，清理后的糙率為0.012 0，糙率降低了9.18%。與表面清理后的2 號(hào)槽身相比，1 號(hào)槽身清理并噴涂納米膠后，過(guò)流表面的糙率減小了12.79%，說(shuō)明納米膠涂層對(duì)建筑物表面具有較好的減糙效果。

（3）影響輸水渠道的綜合糙率因素眾多，成因復(fù)雜，建筑物表面減阻對(duì)整個(gè)過(guò)流能力的提升程度有待進(jìn)一步深入分析。對(duì)于涂刷納米膠改善過(guò)流和防止淡水殼菜等附著的效果，還需長(zhǎng)期跟蹤并開(kāi)展觀測(cè)研究，測(cè)量建筑物的輸水能力變化，觀察過(guò)流表面生物附著等，為該方法的推廣應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。